開放式網路化齒輪加工數控系統研究

內容簡介

齒輪是機械行業量大面廣的基礎件，因此，隨著套用範圍的不斷擴大，對其在加工精度、效率和柔性等方面的要求也越來越高了。開發齒輪數控工具機是當今齒輪工具機的發展方向，而數控系統是其核心。數控系統正朝著開放式、網路化、智慧型化和柔性化的方向發展，並不斷滿足對高速度和高精度數控加工的要求。本論文結合滾齒機數控系統的研製開發，重點開展了開放式網路化齒輪加工數控系統的研究與套用。

論文在分析滾齒機運動原理的基礎上，研究了非全功能數控滾齒機和全功能數控滾齒機數控系統體系結構。針對全功能數控滾齒機展成分度鏈和差動鏈的數控處理方法不同，分析了基於軟體插補和基於硬體控制兩種特點，指出齒輪數控工具機的展成、差動鏈控制的發展方向是軟硬體結合，這樣既易於加工各種非圓齒輪和修形齒輪，又易於實現高速回響和高精度控制。

論文全面系統地設計研究了六軸全功能數控滾齒機STAR數控系統的硬體和軟體；重點介紹了面向對象的參數化特徵自動編程模組；詳細研究了基於刀具主軸基準信號的滾齒加工跟隨插補算法，並推導了其計算公式；介紹了自行研製開發的全功能數控滾齒機STAR數控系統的套用實例。

論文指出，必須將數控系統的軟體與底層的硬體、作業系統分離開來，才能實現真正意義上的跨平台開放性。基於上述分析研究，提出了基於量子框架的開放數控系統軟體體系結構和採用量子編程的軟體編程模式。在此基礎上，設計研究了基於量子框架的開放式齒輪數控系統，並定義了主要軟體功能活動對象的狀態圖，給出了部分程式。

論文分析了網路數控系統的功能和特點，給出了網路數控系統結構模型；引入SERCOS匯流排和現場匯流排技術，提出了一種基於Windows和RTX實時作業系統的純軟體的開放式網路數控系統及其三層體系結構：採用工業乙太網的系統數據網，實現和CAD/CAM等系統的集成；採用現場匯流排控制網作為系統設備層的實時通信匯流排，實現實時性數據的有效、迅速的傳輸；選擇運動控制匯流排-SERCOS匯流排作為系統強實時性信息的傳輸網路，完成多軸伺服運動控制。開展了網路數控系統任務調度和網路通信的設計研究。

論文結合國家重點科技攻關項目，設計了齒輪準柔性自動生產線的總體方案及構成和主要功能；提出了設備代理的概念，解決了實現異構系統的互操作問題，並對其實現進行了深入研究；開發出基於設備代理的生產線網路監控服務系統，並套用在自行研製的圓柱齒輪(軸)準柔性自動生產線中，效果良好。

論文推導了非圓齒輪的設計公式；討論了數控插齒機和數控滾齒機加工非圓齒輪原理；詳細介紹了滾齒機加工非圓斜齒輪的方法，推導了滾齒加工非圓斜齒輪的四軸聯動控制模型；討論了傳統的等弧長直線擬合非圓齒輪節曲線插補原理以及存在的弊端，並在此基礎上，提出了採用三次樣條分段連續擬合非圓齒輪節曲線的插補方法，研究了其擬合插補原理、預處理過程以及實時插補算法，並且進行了實證研究和仿真，指出該方法能更好地保證非圓齒輪的數控加工質量、效率和加工過程的穩定性。

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